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Die
Erfindung betrifft einen Staubabscheide-Behälter zur Verwendung in einem
Staubsauger, insbesondere in einem Bodenstaubsauger, umfassend einen
als Öffnung
in einer Deckfläche
des Behälters
ausgebildeten Lufteinlass, einen Luftauslass und einen festwandigen
Sammelbehälter,
wobei der Lufteinlass und der Luftauslass vom Sammelbehälter durch
eine wenigstens im Bereich einer Öffnung annähernd parallel zur Deckfläche angeordnete
Trennwand abgeteilt sind und die Anordnung des Lufteinlasses, des
Luftauslasses und der Trennwand mit ihrer Öffnung eine schlagartige Umlenkung
des Luftstroms in der Art bewirken, dass Staubpartikel mit einer
vorbestimmten Mindestgröße nach
dem Massenträgheitsprinzip
aus dem Luftstrom abgeschieden werden und im Sammelbehälter unterhalb
der Trennwand verbleiben, und wobei beide Öffnungen kreisförmig ausgebildet
sind und einen zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Spalt bilden.
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Bei
Staubsaugern, insbesondere bei Bodenstaubsaugern, kommen Staubrückhaltesysteme
zum Einsatz, die in der Regel zwischen dem Lufteinlass eines Staubsammelraums
und der Saugseite eines Gebläses
angeordnet sind und den aufgenommenen Staub vor dem Eintritt in
das Gebläse
zurückhalten. Die
bekannteste Variante ist ein als Beutel geformter Filter, welches
innenbeaufschlagt ist, d. h., der Staub lagert sich im Inneren des
Beutels ab. Bei Erreichen der maximalen Aufnahme muss der Beutel
ausgetauscht werden, hierdurch entstehen zusätzliche Kosten.
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In
manchen Kleinstsaugern, Mehrzwecksaugern oder Gewerbegeräten gibt
es außenbeaufschlagte
Filter, die das Gebläse
umgeben. Der Vorteil ist die größere Aufnahmekapazität, der Nachteil
besteht darin, dass die Filter dieser Staubsauger nur für Grobstaub
ausgelegt sind, der Feinstaub, welcher allergieauslösende Pollen
und Mikroorganismen beinhaltet, passiert den Filter und wird vom
Gebläse
in den Raum zurückgeblasen
und dabei sogar aufgewirbelt.
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Es
besteht deshalb der Wunsch nach einem wiederverwendbaren Filtersystem,
welches folgende Eigenschaften besitzt:
- – kompakter
Aufbau;
- – eine
dem Staubbeutel vergleichbare Filterleistung;
- – hygienische
Entnahmemöglichkeit
des gesammelten Staubs.
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Hier
sind im Wesentlichen drei Systeme bekannt:
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auswaschbare und wiederverwendbare Textilfilterbeutel ( DE 199 11 331 C1 ) – hier bestehen
in erster Linie Bedenken hinsichtlich der Hygiene, da die stark
verunreinigten Beutel zunächst
manuell geleert und anschließend
in der Waschmaschine gewaschen werden müssen.
- 2. Staubkassetten aus porösem
Sintermaterial ( EP
1 179 312 A2 ) – solche
Kassetten sind teuer in der Herstellung, das verwendete Material
ist außerdem
schwer zu reinigen.
- 3. Fliehkraftabscheider, sogenannte Zyklone ( EP 0 647 114 B1 ) – der Zyklon
selbst beansprucht viel Bauraum.
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Aus
der
DE 86 30 036 U1 ist
ein Staubsauger mit einem Abscheider bekannt, welcher nach dem Massenträgheitsprinzip
arbeitet. Bei der gezeigten Anordnung wird aufgrund der großen Entfernung
von Lufteinlassöffnung
und Trennwand-Öffnung
und aufgrund der geringen Luftumlenkung nur wenig Staub in die Sammelkammer
für Grobstaub
gelangen. Dies wird zu einer schnellen Erschöpfung des Feinstaubfilters
führen.
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Ähnliche
Bedingungen gelten für
einen in der
US 3,597,903 gezeigten
Staubsauger.
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Aus
der
DE 203 06 405
U1 ist ein Staubsammelbehälter mit einem Fliehkraftabscheider
bekannt, dessen Konturen an das Staubsaugergehäuse angepasst sind.
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Der
Erfindung stellt sich somit das Problem, einen Staubabscheide-Behälter der
eingangs genannten Art zu offenbaren, welcher die geforderten Eigenschaften
besitzt. Erfindungsgemäß wird dieses Problem
durch einen Staubabscheide-Behälter
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden
Unteransprüchen.
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Die
mit der Erfindung erreichbaren Vorteile ergeben sich durch die Trennung
von Grob- und Feinstaub innerhalb des Behälters, was eine hygienische
Entleerung ermöglicht.
Der Sammelbehälter, der
nur den Grobstaub enthält,
kann ohne Aufstauben einfach entleert werden, da keine Feinstaubanteile
(< 30 μm) in diesem
Behälter
vorhanden sind. Der Feinstaub, welcher erfahrungsgemäß weniger als
5% der Gesamtschmutzmenge ausmacht, kann durch einen nachgeschalteten
Feinstaubfilter gebunden und leicht ausgewaschen werden.
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Eine
optimale Umlenkung des Luftstroms wird dadurch erreicht, dass beide Öffnungen
kreisförmig
ausgebildet sind und einen zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Spalt
bilden. Dabei sollte die Breite des Spalts derart dimensioniert
sein, dass die durch den Spalt gebildete zylindrische bzw. kegelstumpfförmige Mantelfläche etwa
der Querschnittsfläche
der Lufteinlassöffnung
entspricht. Hierdurch werden Turbulenzen im Sammelbehälter vermieden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist die Trennwand mit einer Bypass-Öffnung versehen. Hierdurch
wird ein Aufwirbeln des Grobstaubs innerhalb des Sammelbehälters vermieden,
da der aus Luftverwirbelungen resultierende Überdruck aus dem Sammelbehälter abgeführt wird.
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Zur
Erleichterung des Handlings beim Entleeren ist der Sammelbehälter abnehmbar
vom Rest des Behälters
ausgebildet. Ein vorteilhafter Aufbau des Staubabscheide-Behälters ergibt
sich dadurch, dass er neben dem Sammelbehälter einen Deckel und die Trennwand
umfasst, wobei der Deckel den Lufteinlass, Öffnungen für den Luftauslass und einen Feinstaubfilter
beinhaltet. Hierdurch können
Trennwand und Deckel separat ausgebildet werden, was einerseits
die Fertigung erleichtert und andererseits eine einfache Entnahme
des Feinstaubfilters zur Reinigung ermöglicht.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt
und wird nachfolgend näher
beschrieben. Es zeigen
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1 den
Querschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Staubabscheide-Behälter 1;
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2 den
Staubabscheide-Behälter 1 nach 1 in
der Ansicht von oben;
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3, 4 weitere
Ausführungsformen von
erfindungsgemäß ausgebildeten
Staubabscheide-Behältern 1.
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Der
in 1 dargestellte, mit 1 bezeichnete Staubabscheide-Behälter besitzt
im Wesentlichen einen dreiteiligen Aufbau. Er besteht aus einem
Sammelbehälter 2,
einem Deckel 3 und einer dazwischen angeordneten Trennwand 4.
Alle drei Teile sind als Stecksystem miteinander verbunden und können zur Reinigung
getrennt werden.
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Der
Sammelbehälter 2 besteht
aus einem festwandigen, luftundurchlässigen Kunststoffteil und ist
hinsichtlich seiner Konturen dem Staubsammelraum eines in der Zeichnung
nicht dargestellten Bodenstaubsaugers angepasst. Er kann einen eckigen oder
runden Querschnitt besitzen. Nach oben wird der Sammelbehälter 2 durch
die Trennwand 4 verschlossen. Die Trennwand 4 ist
mit einer ersten Öffnung 5 versehen,
welche von einem Kragen 6 umgeben ist, der sich auf der
dem Sammelbehälter 2 gegenüberliegenden
Seite um die Öffnung 5 erstreckt. Zusätzlich ist
eine zweite Öffnung 7 vorhanden,
in die ein Grobstaubfilter 8 eingesetzt ist. Auf die Trennwand 4 ist
der Deckel 3 aufgesetzt, dessen obere Deckfläche 9 wenigstens
annähernd
parallel zur Trennwand 4 ausgerichtet ist. Der Deckel 3 ist
mit einer Öffnung 10 versehen,
die den Lufteinlass bildet und zu diesem Zweck mit einem Luftansaugstutzen 11 umgeben
ist. Der Luftauslass wird durch möglichst großflächige Auslassöffnungen 12 (siehe 2)
im Deckel 3 gebildet, die um die Lufteinlassöffnung 10 herum
angeordnet sind und von einem innenliegenden Feinstaubfilter 13 verdeckt
werden. Hierzu ist der Deckel 3 mit einer geeigneten, in 2 dargestellten Gitterstruktur 14 versehen.
Zur Erzielung einer größtmöglichen
Wirkfläche
erstrecken sich sowohl die Auslassöffnungen 12 als auch
der Feinstaubfilter 13 in der oberen Deckfläche 9 und
in den daran anschließenden
Seitenwänden 15 des
Deckels 3.
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Die
Lufteinlassöffnung 10 und
die erste Öffnung 5 in
der Trennwand 4 sind hintereinander angeordnet, hierdurch
wird mittels des Kragens 6 ein umlaufender, kegelstumpfförmiger Spalt 16 gebildet, dessen
Fläche
etwa der Querschnittsfläche
der Lufteinlassöffnung 10 entspricht.
Durch Anordnung des Luftauslasses um die Lufteinlassöffnung 10 herum wird
eine schlagartige Umlenkung der eingesaugten, staubbeladenen Luft
erreicht, die in 1 durch die Pfeile 17 symbolisiert
ist. Große
bzw. relativ schwere Staubpartikel 18 können aufgrund ihrer Massenträgheit dieser
Richtungsänderung
nicht folgen, behalten ihre Strömungsrichtung
bei und fallen in den Sammelbehälter 2.
Die jetzt vom Grobstaub befreite – nur noch mit Feinstaub beladene
Luft – wird
abschließend
durch den Feinstaubfilter 13 geführt (s. Pfeile 19)
und dort vom Feinstaub gereinigt. Dadurch wird die Luftbewegung
im Sammelbehälter 2 minimiert und
einmal abgesetzter Schmutz 20 – im Gegensatz zu bekannten
Kesselsaugern, bei denen der Saugstrom komplett durch den Sammelraum
geleitet wird – nicht
wieder aufgewirbelt. In der scharfen Umlenkung treten zwangsläufig Turbulenzen
und Wirbel auf, die sich in abgeschwächter Form bis in den Sammelbehälter fortsetzen
können.
Durch den hochsymmetrischen Aufbau des Ringspaltes 16 werden
diese Effekte deutlich reduziert, eine weitere Verminderung wird
durch die Ableitung über
die als Bypass fungierende zweite Öffnung 7 in der Trennwand 4 erreicht. Der
Filter 8 in der Öffnung
verhindert eine Beaufschlagung des Feinstaubfilters 13 mit
Grobstaub und muss hinsichtlich seiner Eigenschaften so dimensioniert
sein, dass es den Grobstaub im Sammelbehälter 2 halten kann.
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Um
die erfindungsgemäßen Vorteile
zu unterstützen,
sind folgende Auslegungsrichtlinien vorteilhaft:
- 1.
Die Fläche
des Ringspaltes 16 ist in etwa gleich der Querschnittsfläche der
Lufteinlassöffnung 10. Eine
Veränderung
der Querschnittsfläche
würde zu
einer Beschleunigung bzw. Verringerung der Luftgeschwindigkeit führen, was
die Turbulenzen im Umlenkbereich vergrößern würde.
- 2. Der Durchmesser der Öffnung 5 ist
10–20% größer als
der Durchmesser der Lufteinlassöffnung 10.
Dadurch wird sichergestellt, dass alle Grobstaubteilchen 18 sicher
vom Sammelbehälter 2 aufgefangen
werden.
- 3. Die Höhe
des Ringspalts 16, d. h. der Abstand zwischen oberer Deckfläche 9 und
Trennwand 4, liegt vorteilhafterweise zwischen 10 und 30
mm. Ist der Abstand zu kurz, pflanzen sich Störungen aus dem Umlenkbereich
bis in den Sammelbehälter 2 fort
und führen
dort zu erhöhten
Luftgeschwindigkeiten. Ist der Abstand zu groß, erreichen die gröberen Staubteilchen 18 nicht
mehr zuverlässig
den Sammelbehälter 2.
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Durch
die vorgenannten Konstruktionsmerkmale wird ganz bewusst eine Trenngrenze
von ca. 30 μm
angestrebt, d.h. es sammelt sich nur gröberer Staub 18 im
Sammelbehälter 2.
Dadurch wird beim Leeren des Behälters 2 das
von Zyklonabscheidern bekannte unhygienische Aufstauben verhindert.
Allerdings enthält
die Luft nach der Trennung durch die Umlenkung noch so viel Staub,
dass ohne weitere Maßnahmen übliche Ausblasfilter
hinter dem Gebläse
(nicht dargestellt) völlig überlastet
wären.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
das Nachschalten des Feinstaubfilters 13 gelöst. Dieses
ist dabei in vorteilhafter Weise so ausgelegt, dass es zusammen
mit der Staubtrennung am Ringspalt 16 die Filterleistung
eines handelsüblichen Staubbeutels
erreicht. Der Filter 13 kann als Tiefen- bzw. Volumenfilter
oder als Oberflächenfilter
ausgebildet sein, und zwar als regenerierbarer Dauerfilter oder
als auswechselbarer Wegwerffilter.
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Die 3 und 4 zeigen
zwei weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, wobei funktionsgleiche
Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen
sind.
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Der
in 3 dargestellte Staubabscheide-Behälter 1 hat
bei kompaktem Aufbau einen gegenüber
der ersten Ausführung
erheblich vergrößerten Feinstaubfilter 13,
da hier neben der oberen Deckfläche 9 auch
die Seitenflächen 21 als
Filter ausgeführt
sind. Dadurch wird die Aufnahmekapazität und demzufolge die Standzeit
des Feinstaubfilters 13 deutlich erhöht, so dass ein Austausch oder
eine Rückreinigung
nur noch sehr selten (ca. einmal jährlich) notwendig ist. Der
festwandige Sammelbehälter 2 lässt sich
leicht entleeren, wenn dessen Boden 22 entnehmbar ausgeführt ist.
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Obwohl
der überwiegende
Teil des Feinstaubes im Inneren des Filters 13 gebunden
ist, wird ein kleiner Teil die Oberfläche des Feinstaubfilters 13 und
auch die gegenüberliegende
Außenfläche des Sammelbehälters 2 verschmutzen.
Daher besteht bei beiden bisher gezeigten Ausführungen die Gefahr, dass der
Benutzer mit dem Feinstaub in Kontakt kommt, wenn der Feinstaubfilter 13 zum
Reinigen oder Auswechseln ausgebaut wird.
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Diesen
Nachteil vermeidet die Ausgestaltung eines Staubabscheide-Behälters 1 nach 4.
Dort ist der Feinstaubfilter 13 als innenbeaufschlagter
und baulich vom Sammelbehälter 2 getrennter
Hohlkörper 23 ausgeführt. Er
steht mit dem Raum 24, der sich zwischen der oberen Deckfläche 9 (die
hier keine Filterfunktion hat) und der Trennwand 4 erstreckt, über eine Öffnung 25 mit
angeformtem Befestigungsstutzen 26 in Verbindung. Auf diese
Weise kann der Filter 13 vom Benutzer leicht und ohne Kontakt
mit Feinstaub ausgewechselt werden.